01 프레임리스 토크 모터란?
프레임리스 토크 모터는 매우 효율적이고 에너지 절약형 전기 모터입니다. 가장 눈에 띄는 특징은 샤프트, 베어링, 하우징, 엔드 캡 등 기존 모터에서 볼 수 있는 구성 요소를 제거하고 두 가지 핵심 구성 요소인 회전자와 고정자만 유지한다는 것입니다.
이러한 구조적 설계를 통해 모터는 기계 구조에 원활하게 통합 될 수 있으며 기계 자체 베어링을 활용하여 로터를 지지함으로써 시스템 통합과 소형화가 크게 향상됩니다.
프레임리스 토크 모터는 서보 모터에 일반적으로 사용되는 출력 정격과 달리 출력 토크로 측정됩니다. 이를 통해 저속에서 높은 토크를 제공하여 로봇 관절의 모션 요구 사항에 완벽하게 적응할 수 있습니다.
02 작동원리 공개
프레임리스 토크 모터의 작동 원리는 전자기 유도 법칙을 기반으로 합니다. 모터 드라이버가 전원을 공급하면 3상 전기가 회전 전자기장을 여기시킵니다. 고정자 권선의 이 전자기장은 로터의 영구 자석과 상호 작용하여 로터를 회전시키는 토크를 생성합니다.
전체 프로세스는 U/V/W 3상 전력을 통해 전자기장을 형성하는 드라이버에 의해 제어됩니다. 영구 자석이 있는 회전자는 이 자기장의 영향을 받아 회전합니다. 프레임리스 토크 모터는 피드백 신호에 홀 요소를 사용하거나 추가된 인코더의 신호를 활용할 수 있습니다.
운전자는 피드백 값과 목표 값을 비교하여 로터의 회전 각도를 조정하여 정밀한 서보 제어를 달성합니다.
03 기존 모터와의 차이점
기존 프레임형 모터에 비해 프레임리스 토크 모터는 여러 가지 장점을 제공합니다. 기계 성능을 향상하고 직접 커플링(백래시 없음) 및 더 높은 시스템 대역폭을 가능하게 합니다. 구조가 더 콤팩트해지기 때문에 기계 설치 공간이 더 작아지고 단위 부피당 토크가 더 높아집니다.
또한 높은 강성을 가지며 직접 구동 전원 역할을 할 수 있어 벨트와 풀리, 리드 스크류 또는 기어박스 없이 직접 부하를 구동할 수 있습니다. 기계 구조에 직접 통합하면 전송 방법이 변경되어 소음이 크게 감소하므로 작동이 조용합니다.
또한 기계 부품 수가 적고 마모되기 쉽거나 정기적인 유지 관리가 필요한 구성 요소가 없기 때문에 유지 관리 필요성이 줄어듭니다.
04 휴머노이드 로봇의 핵심력
인공지능과 로봇공학 기술이 급속히 발전하는 시대를 맞아 휴머노이드 로봇은 산업, 서비스, 헬스케어 등 다양한 분야에 깊숙이 침투하고 있다 4. 프레임리스 토크 모터는 되었습니다 . 주류 구동 부품이 휴머노이드 로봇 관절의
Tesla의 Optimus는 프레임 없는 토크 모터를 28개 관절 모두의 동력원으로 활용합니다. 이 조인트에는 14개의 회전 조인트와 14개의 선형 조인트가 포함되어 있으며 각 액추에이터에는 프레임 없는 토크 모터가 포함되어 있습니다.
회전 관절은 프레임 없는 토크 모터, 고조파 감속기, 토크 센서, 위치 센서, 인코더 등으로 구성되며 어깨(6), 손목(2), 엉덩이(4) 및 몸통(2)에 분산됩니다.
선형 관절은 프레임 없는 토크 모터, 유성 롤러 나사, 토크 센서, 위치 센서 등으로 구성되며 팔꿈치(2), 손목(4), 엉덩이(2), 무릎(2) 및 발목(4)에 분산됩니다.
05 세 가지 핵심 역할
프레임리스 토크 모터는 휴머노이드 로봇 관절의 유연성에 있어 세 가지 핵심 역할을 합니다.
높은 토크 출력 제공:
작업 실행 중에 로봇 관절은 레버 효과와 부하 관성을 극복하기 위해 낮은 속도에서 높은 토크를 출력해야 하는 경우가 많습니다. 프레임리스 토크 모터는 상대적으로 낮은 속도에서도 높은 토크 출력을 생성할 수 있습니다.
정밀한 제어 가능:
고정밀 엔코더 및 토크 센서와 같은 구성 요소와 긴밀하게 통합되어 고성능 통합 드라이브 장치를 형성합니다. 컨트롤러는 인코더 피드백에서 실시간으로 관절 위치 정보를 읽을 수 있으며, 토크 센서의 토크 데이터와 결합하여 모터의 토크와 속도를 미세 조정할 수 있습니다.
관절 응답 속도 향상:
로터 관성이 극도로 낮기 때문에 모터는
밀리초 속도 로 제어 명령에 응답할 수 있습니다 . 외부 환경이 바뀌거나 동작이 갑자기 바뀌더라도 로봇 관절은 신속하게 자세를 조정할 수 있어 로봇의 안정성과 안전성을 보장합니다.
06 폭넓은 응용분야
프레임리스 토크 모터의 적용 분야는 매우 광범위합니다. 주로 로봇의 관절과 팔에 사용되어 높은 토크와 고정밀 제어를 제공합니다.
의료 장비에서 프레임리스 토크 모터는 수술용 로봇, 의료 영상 시스템 등과 결합되어 매우 정확하고 부드러운 모션 제어를 달성합니다. 의료 영상 및 수술 로봇과 같은 의료 분야에 사용되어 인간의 손이 처리할 수 있는 것보다 훨씬 작은 영역에서 고정밀 작업을 수행할 수 있습니다.
고급 CNC 공작 기계 분야에서는 고정밀 5축 기계에 프레임리스 토크 모터를 사용하여 성형, 연삭, 드릴링과 같은 공정의 정확성과 반복성을 향상시킬 수 있습니다.
또한 레이더, 관성 항법 시스템, 턴테이블 등 항공우주 분야의 응용 분야에도 사용됩니다.
07 광대한 시장 전망
프레임리스 토크 모터의 시장 전망은 매우 넓습니다. 전 세계 프레임리스 토크 모터 시장 규모는 2022년 45억 CNY였으며, 2030년에는 에 이를 것으로 예상되며 224억 CNY , 휴머노이드 로봇 시장 부문은 163억 CNY를 차지할 것으로 예상됩니다.
Valuates Reports 데이터에 따르면 전 세계 프레임리스 토크 모터 시장 규모는 2022년 6억 7천만 달러였으며 2029년까지 11억 7천만 달러로 성장하여 연평균 복합 성장률(CAGR) 8%를 나타낼 것으로 예상됩니다. 협동로봇의 급속한 성장과 지능형 수요로 인해 프레임리스 토크 모터 시장은 고속 발전을 유지할 것으로 예상됩니다.
08 기술적 과제와 미래 동향
프레임리스 토크 모터는 휴머노이드 로봇 분야에서 큰 잠재력을 보여주지만 기술과 생산에는 여전히 몇 가지 과제가 있습니다.
기술적 관점에서 볼 때, 프레임리스 토크 모터의 토크 밀도를 더욱 높이는 동시에 온도 상승을 줄이고 정격 속도와 최대 속도 사이의 격차를 줄이는 것은 전자기 설계에 대한 요구를 높입니다.
비용 측면에서는 휴머노이드 로봇의 핵심 구성 요소로서 현재 중국 내 핵심 구성 요소의 국내 생산 속도가 낮기 때문에 비용이 여전히 높습니다.
향후 개발 추세에는 휴머노이드 로봇의 관절 유연성과 힘에 대한 더 높은 요구 사항을 충족하기 위해 프레임 없는 토크 모터에 대한 성능 지표의 지속적인 개선이 포함됩니다.
동시에 생산 프로세스를 최적화하고 생산 비용을 줄이는 것이 향후 개발의 중요한 목표가 될 것입니다.
휴머노이드 로봇이 '실험실 시연'에서 '특정 시나리오의 초기 상용화'로 이동함에 따라 핵심 동력원인 프레임리스 토크 모터가 개발의 황금기에 들어서고 있습니다.
2025년은 휴머노이드 로봇 양산에 있어 중요한 해로 꼽힌다. 프레임리스 토크 모터는 휴머노이드 로봇 가치의 16%를 차지한다. 현재 가격은 전력과 크기에 따라 수백 CNY에서 천 CNY까지 다양합니다.
앞으로는 규모 확대와 공정 혁신으로 가격이 크게 하락해 휴머노이드 로봇 도입이 더욱 촉진될 것으로 예상된다.
이 작지만 강력한 기술인 프레임리스 토크 모터는 휴머노이드 로봇의 유연한 관절 뒤에 숨은 영웅이 되어 로봇 산업의 급속한 발전을 조용히 지원하고 있습니다.
